JP2013506615A - Materials used as concrete additives - Google Patents
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Abstract
本願発明は、ミクロフィブリル化セルロースおよび/またはその誘電体を含む、セメント組成物のための混和剤に関する。本願発明は、また、前記混和剤の製造方法およびコンクリート混和剤でのミクロフィブリル化セルロースおよび/またはその誘電体の使用にも関する。本願発明は、更に、前記混和剤を含むセメント組成物およびその製造方法およびその使用に関する。The present invention relates to an admixture for a cement composition comprising microfibrillated cellulose and / or a dielectric thereof. The invention also relates to a method for producing the admixture and the use of microfibrillated cellulose and / or its dielectric in concrete admixture. The present invention further relates to a cement composition containing the admixture, a method for producing the same, and a use thereof.
Description
本願発明は、セメント組成物のための混和剤に関し、該混和剤は、ミクロフィブリル化セルロースおよび/またはその誘導体(derivative)および/または混和剤の使用中にミクロフィブリル化セルロースを形成する、化学的に改質された不安定なセルロースパルプまたはセルロース原料を含む。 本願発明は、また、前記混和剤の製造方法にも関する。本願発明は、更に、コンクリート混和剤でのミクロフィブリル化セルロースおよび/またはその誘導体の使用に関する。本願発明は、更に、コンクリート、自己充填コンクリート(self compacting concrete)、モルタル、グラウトまたは注入グラウトのようなセメント組成物の製造における前記混和剤または不安定なセルロースパルプまたはセルロース原料の使用に関する。本願発明は、前記混和剤を含む、セメント組成物またはセメント、およびその方法ならびに前記セメント組成物から作られた建設要素に関する。 The present invention relates to an admixture for a cement composition, wherein the admixture is a chemical that forms microfibrillated cellulose during use of the microfibrillated cellulose and / or its derivatives and / or admixtures. Instable cellulose pulp or cellulosic material modified to The present invention also relates to a method for producing the admixture. The present invention further relates to the use of microfibrillated cellulose and / or its derivatives in concrete admixtures. The invention further relates to the use of said admixture or unstable cellulose pulp or cellulose raw material in the production of cement compositions such as concrete, self compacting concrete, mortar, grout or pouring grout. The present invention relates to a cement composition or cement comprising the admixture, and a method thereof and a construction element made from the cement composition.
コンクリートは、セメント、砂、石および水の混合物から作られる建設材料である。コンクリートは、水と混合して配置された後、水和反応として知られる化学的なプロセスにより凝固および硬化する。水は、他の成分を一緒に結合させるセメントと反応して、最終的に石のような材料を生成する。コンクリートは、車道、建築物、地盤、高速道路/道路、橋/陸橋、駐車場、れんが/ブロック壁、および門、フェンスならびにポールのための足場を作るのに用いられる。 Concrete is a construction material made from a mixture of cement, sand, stone and water. After concrete is placed in admixture with water, it solidifies and hardens by a chemical process known as a hydration reaction. Water reacts with the cement that binds the other ingredients together, eventually producing a stone-like material. Concrete is used to make scaffolds for roadways, buildings, ground, highways / roads, bridges / overpasses, parking lots, brick / block walls, and gates, fences and poles.
コンクリート技術において興味のある重要な分野は、自己充填コンクリート(SCC)であり、自己充填コンクリートは、重力によってそれ自体が流れおよび充填する。従って、外部からの振動または他の圧縮は必要ではない。硬化したコンクリートは、構造物において通常のコンクリートとして機能するであろう。非常に高い性能のコンクリートを、自己充填コンクリートとして製造することは可能である。締固め作業が必要でないため、建設中の騒音レベルが顕著に低減され、1つの作業段階が除外される。 An important area of interest in concrete technology is self-compacting concrete (SCC), which flows and fills itself by gravity. Thus, no external vibration or other compression is necessary. Hardened concrete will function as normal concrete in the structure. It is possible to produce very high performance concrete as self-compacting concrete. Since no compaction work is required, the noise level during construction is significantly reduced and one work stage is eliminated.
SCCの問題は、材料分離(または分離、segregation)、および原料の変化に対するSCCの感受性である。通常および低強度のSCCの広範囲な問題により、低強度から普通強度までのコンクリートに対するSCCの利用は、本来あり得る程広くないであろう。材料分離は、通常、好ましくない特性をコンクリートにもたらす。材料分離は、水または骨材(または凝集体、aggregate)の分離であり得る。水の分離において、水の相は、セメント粒子が経時的に沈下(または沈降、settle)する場合に分離していく。骨材の分離は、骨材がペースト相の中で沈下する場合に、より速く起こる。ペーストは、水、セメント、他の微粉末および混和剤の混合物である。原料組成または水分含量のわずかな変化は、劇的にSCCの性質を変化させ得る。性能上、ロバスト性のこの欠如もまた、SCC使用の障害である。 The problem with SCC is material separation (or segregation) and the susceptibility of SCC to changes in feedstock. Due to the widespread problems of normal and low strength SCC, the use of SCC for concrete from low to normal strength will not be as wide as possible. Material separation usually brings undesirable properties to concrete. The material separation can be a separation of water or aggregate (or aggregate). In water separation, the water phase separates as the cement particles settle (or settle) over time. Aggregation separation occurs faster when the aggregate sinks in the paste phase. The paste is a mixture of water, cement, other fine powders and admixtures. Slight changes in raw material composition or moisture content can dramatically change the properties of SCC. This lack of robustness in performance is also an obstacle to the use of SCC.
従って、改善された自己充填コンクリート材料への要求がある。さらに、標準的なコンクリート配合物(formulation)の乾燥していない(またはウェット、wet)状態における、チクソトロピーおよび粒子懸濁性を向上させる要求がある。 Therefore, there is a need for improved self-filling concrete materials. Furthermore, there is a need to improve thixotropy and particle suspension in the dry (or wet) state of standard concrete formulations.
注入グラウトは、圧力注入工法(pressure grouting technique)により使用されることが意図される。これらの材料に要求されることは、とりわけ、高い流動性、少ない材料分離および少ないブリーディングである。注入グラウトでは、非常に高い流動性が要求される。あらゆる用途における強度の要求はそれほど高くない。そのため、多くの用途では水セメント比が非常に高い。このことは、材料分離問題を引き起こし、グラウトの浸透が不十分である。 The infusion grout is intended to be used by a pressure grouting technique. What is required of these materials is inter alia high fluidity, low material separation and low bleeding. The poured grout requires very high fluidity. The strength requirements in every application are not so high. Therefore, the water-cement ratio is very high for many applications. This causes material separation problems and insufficient grout penetration.
増粘剤、例えば、ウェランガム(welan gum)またはセルロース誘導体のような水溶性多糖類、により上述した問題を解決するいくつかの試行が為されてきた。英国特許公開第2 378 946号と国際公開公報WO03/018505号は、セメント組成物のための混和剤の作製を開示しており、多糖類および/またはナノシリカが増粘剤として使用されている。米国特許公開公報第2003/159391号は、軽量コンクリート混合物に関し、可溶性セルロース誘導体が、増粘剤として使用されている。例えば、安定化混和剤(stabilizing admixture)としてのウェランガムの使用は、コンクリート産業において広く知られている。 Several attempts have been made to solve the above-mentioned problems with thickeners such as water-soluble polysaccharides such as welan gum or cellulose derivatives. British Patent Publication No. 2 378 946 and International Publication No. WO 03/018505 disclose the preparation of admixtures for cement compositions, where polysaccharides and / or nanosilica are used as thickeners. U.S. Patent Publication No. 2003/159391 relates to a lightweight concrete mixture in which soluble cellulose derivatives are used as thickeners. For example, the use of welan gum as a stabilizing admixture is widely known in the concrete industry.
セルロースファイバーは、従来から、材料の機械的特性を改善するようにコンクリート材料に使用されてきた:例えば、セルロースファイバーが、乾燥した試料の強度特性を改善するのに使用されている米国特許公開公報第2005/112981号において。また、例えば、Kuthcarlapatiら(Metals Materials and Processes 20(3):307−314,2008)による刊行物において、セルロースナノウィスカーは、コンクリートの強化材料として調査されている。さらに、上述した刊行物の主要な目的は乾燥した試料の機械的特性を改善することであり、すなわち、乾燥していない配合物への影響ではない。また、上述した特許公開公報および刊行物では、セルロースファイバーの使用量は多かった。 Cellulose fibers have traditionally been used in concrete materials to improve the mechanical properties of the material: for example, US Patent Publications where cellulose fibers are used to improve the strength properties of dried samples. In 2005/112981. Also, for example, in a publication by Kuthcarlapati et al. (Metals Materials and Processes 20 (3): 307-314, 2008), cellulose nanowhiskers are being investigated as a reinforcing material for concrete. Furthermore, the main purpose of the publication mentioned above is to improve the mechanical properties of the dried sample, i.e. not to affect the undried formulation. Moreover, in the above-mentioned patent publications and publications, the amount of cellulose fiber used is large.
本発明は、コンクリート配合物の材料分離およびブリーディングに関する上述した問題を解決する新規な取組みを示す。本願発明は、安定化混和剤でのミクロフィブリル化セルロースおよび/またはその誘導体の使用に基づいている。 The present invention represents a novel approach that solves the above-mentioned problems associated with material separation and bleeding of concrete blends. The present invention is based on the use of microfibrillated cellulose and / or its derivatives in a stabilizing admixture.
本発明は、セメント組成物のためのセメント混和剤または混和剤に関し、混和剤は、ミクロフィブリル化セルロースおよび/またはその誘導体、および/または混和剤の使用中にミクロフィブリル化セルロースを形成する、化学的に改質された不安定なセルロースパルプまたはセルロース原料、および必要に応じて水を含む。 The present invention relates to a cement admixture or admixture for a cement composition, wherein the admixture forms a microfibrillated cellulose during use of the microfibrillated cellulose and / or derivative thereof, and / or admixture. Modified unstable cellulose pulp or cellulose raw material, and optionally water.
本発明の重要な利点は、コンクリートの水のブリーディングおよび骨材沈下が減少することである。ミクロフィブリル化セルロースおよび/またはその誘導体の添加は、可塑剤を含む場合および含まない場合両方ともペーストのチクソトロピーを増加させる。ミクロフィブリル化セルロースおよび/またはその誘導体の保水性は、コンクリート混和剤として使用される場合に有益な特性である。本発明では、ミクロフィブリル化セルロースを含む混和剤は、強化添加剤としては使用されない。 An important advantage of the present invention is that concrete water bleeding and aggregate settlement are reduced. The addition of microfibrillated cellulose and / or its derivatives increases the thixotropy of the paste both with and without the plasticizer. Water retention of microfibrillated cellulose and / or its derivatives is a valuable property when used as a concrete admixture. In the present invention, an admixture comprising microfibrillated cellulose is not used as a reinforcing additive.
ミクロフィブリル化セルロースを安定化混和剤として、とりわけ、高い水/セメント(w/c)比を有する、すなわち、低強度から普通強度の、コンクリートに使用することは実施可能である。とりわけ、ミクロフィブリル化セルロースおよび/またはその誘導体は、自己充填コンクリートをさらに強固(robust)にするのを支援する。水のブリーディングおよび骨材沈下が減少し、従って、コンクリートの耐久性が増加する。水のブリーディングは、最も微細な(finest)フィブリル添加剤により効果的に防がれる。骨材の沈下もまた、ミクロフィブリル化セルロースにより劇的に減少する。ミクロフィブリル化セルロースおよび/またはその誘導体を含む混和剤の使用は、微粒子が少な過ぎることまたは微粒子の品質の悪さをも補償する。 It is feasible to use microfibrillated cellulose as a stabilizing admixture, especially for concrete having a high water / cement (w / c) ratio, ie low to normal strength. Among other things, microfibrillated cellulose and / or its derivatives help to make self-compacting concrete more robust. Water bleeding and aggregate settlement are reduced, thus increasing the durability of the concrete. Water bleeding is effectively prevented by the finest fibril additive. Aggregate settlement is also dramatically reduced by microfibrillated cellulose. The use of admixtures containing microfibrillated cellulose and / or derivatives thereof also compensates for too few microparticles or poor quality of microparticles.
水のある環境下において、ミクロフィブリル化セルロースおよび/またはその誘導体は、低濃度でさえ、自己組織化したヒドロゲルのネットワーク(または網状物、network)を形成する。ミクロフィブリル化セルロースのこれらのゲルは、性質上、高いずり流動性(shear thinning)および高いチクソトロピーを有する。ミクロフィブリル化セルロースゲルの固有の特性に起因して、この材料は、また、強い骨材保持力をも示す。 In an environment with water, microfibrillated cellulose and / or its derivatives form self-assembled hydrogel networks, even at low concentrations. These gels of microfibrillated cellulose have high shear thinning and high thixotropy in nature. Due to the inherent properties of microfibrillated cellulose gel, this material also exhibits strong aggregate retention.
コンクリート用途においてミクロフィブリル化セルロースおよび/またはその誘導体が増粘剤または安定化混和剤として使用されることは、従来示されていない。 It has not previously been shown that microfibrillated cellulose and / or its derivatives are used as thickeners or stabilizing admixtures in concrete applications.
本発明は、また、本発明の特許請求の範囲のいずれか1項に記載のセメント混和剤の製造方法にも関し、該方法は、
・ミクロフィブリル化セルロースおよび/またはその誘導体を準備する工程と、
・前記ミクロフィブリル化セルロースおよび/またはその誘導体、および必要に応じて水を一緒に混合する工程と、
・必要に応じて、ミクロフィブリル化セルロースを準備する工程の前、間または後に少なくとも1つの可塑剤および/または分散剤を添加して前記混和剤を得る工程と、
を含む。
The present invention also relates to a method for producing a cement admixture according to any one of the claims of the present invention, the method comprising:
Providing a microfibrillated cellulose and / or derivative thereof;
Mixing the microfibrillated cellulose and / or derivative thereof and, if necessary, water together;
-Optionally adding at least one plasticizer and / or dispersant to obtain said admixture before, during or after the step of preparing the microfibrillated cellulose;
including.
本発明は、コンクリート混和剤でのミクロフィブリル化セルロースおよび/またはその誘導体の使用に関する。本発明は、また、本発明のレオロジーまたは材料分離の制御に係る、ミクロフィブリル化セルロースおよび/またはその誘導体、またはセメント混和剤の使用にも関する。 The present invention relates to the use of microfibrillated cellulose and / or derivatives thereof in concrete admixtures. The present invention also relates to the use of microfibrillated cellulose and / or its derivatives or cement admixtures for controlling the rheology or material separation of the present invention.
本発明は、また、コンクリート、自己充填コンクリート、モルタル、グラウトまたは注入グラウトのようなセメント組成物の製造における本発明に係る混和剤の使用にも関する。本発明は、また、不安定なセルロースパルプおよび/またはセルロース原料の、コンクリート混和剤での使用、またはコンクリート、自己充填コンクリート、モルタル、グラウトもしくは注入グラウトのようなセメント組成物の製造における使用にも関する。 The invention also relates to the use of the admixture according to the invention in the manufacture of cement compositions such as concrete, self-compacting concrete, mortar, grout or pouring grout. The invention also relates to the use of unstable cellulose pulp and / or cellulose raw materials in concrete admixtures or in the manufacture of cement compositions such as concrete, self-compacting concrete, mortar, grout or pouring grout. Related.
本願発明は、更に、本発明で規定された混和剤を含むセメント組成物に関する。 The present invention further relates to a cement composition comprising an admixture as defined in the present invention.
本発明は、また、
・セメントバインダー、骨材材料、水および特許請求の範囲で規定された、本発明に係る混和剤を一緒に混合する工程と、
・必要に応じて、少なくとも1つの可塑剤および/または分散剤を添加する工程と、
を含む、前記セメント組成物の製造方法にも関する。
The present invention also provides
Mixing together the cement binder, the aggregate material, water and the admixture according to the invention as defined in the claims;
-Adding at least one plasticizer and / or dispersant, if necessary;
And a method for producing the cement composition.
本願発明は、更に、前記セメント組成物から作られた建設要素と、本発明に係る混和剤を含むセメントとに関する。 The invention further relates to a construction element made from the cement composition and a cement comprising the admixture according to the invention.
本発明は、コンクリート配合物の材料分離およびブリーディングに関する問題を解決する新規な取組みを示す。本発明は、可溶性多糖類を使用する代わりに、安定化混和剤(stabilizing admixture)としてミクロフィブリル化セルロースおよび/またはその誘導体を使用することに基づいている。水のある環境下において、ミクロフィブリル化セルロースは、散布しているミクロフィブリルまたはミクロフィブリルの束の連続したヒドロゲルネットワークを形成する。このゲルは、非常に低い濃度でさえ、互いに絡み合った、高度に水和されたフィブリルにより形成される。このフィブリルは、また、水素結合を介しても相互に作用し得る。 そのマクロ構造は、機械的攪拌により容易に破壊される。すなわち、このゲルは、高いせん断応力を受けて流れ始める。コンクリート用途においてミクロフィブリル化セルロースおよび/またはその誘導体が増粘剤または安定化混和剤として使用されることは、従来示されていない。 The present invention represents a novel approach to solving the problems related to material separation and bleeding of concrete blends. The present invention is based on the use of microfibrillated cellulose and / or its derivatives as a stabilizing admixture instead of using soluble polysaccharides. In an environment with water, the microfibrillated cellulose forms a continuous hydrogel network of dispersed microfibrils or bundles of microfibrils. This gel is formed by highly hydrated fibrils that are intertwined with each other, even at very low concentrations. The fibrils can also interact through hydrogen bonding. Its macrostructure is easily destroyed by mechanical stirring. That is, the gel begins to flow under high shear stress. It has not previously been shown that microfibrillated cellulose and / or its derivatives are used as thickeners or stabilizing admixtures in concrete applications.
本発明は、セメント混和剤に関し、該混和剤は、ミクロフィブリル化セルロースおよび/またはその誘導体および/または混和剤の使用中にミクロフィブリル化セルロースを形成する、化学的に改質された不安定なセルロースパルプまたはセルロース原料を含む。本願発明は、また、ミクロフィブリル化セルロースおよび/またはその誘導体を含むセメント混和剤の製造方法にも関し、該方法は、ミクロフィブリル化セルロースおよび/またはその誘導体を準備する工程と、前記ミクロフィブリル化セルロースおよび/またはその誘導体、および必要に応じて水を一緒に混合する工程と、必要に応じて、ミクロフィブリル化セルロースを準備する工程の前、間または後に少なくとも1つの可塑剤および/または分散剤を添加して前記混和剤を得る工程とを含む。本発明は、更に、コンクリート混和剤でのミクロフィブリル化セルロースの使用に関し、およびコンクリート、自己充填コンクリート、モルタル、グラウトまたは注入グラウトのようなセメント組成物の製造における本願発明の混和剤の使用に関する。本願発明は、更に、不安定なセルロースパルプおよび/またはセルロース原料の、コンクリート混和剤での使用またはコンクリート、自己充填コンクリート、モルタル、グラウトもしくは注入グラウトのようなセメント組成物の製造における使用に関する。 The present invention relates to cement admixtures, which are chemically modified and unstable which form microfibrillated cellulose during use of the microfibrillated cellulose and / or its derivatives and / or admixtures. Contains cellulose pulp or cellulose raw materials. The present invention also relates to a method for producing a cement admixture comprising microfibrillated cellulose and / or a derivative thereof, the method comprising the steps of preparing microfibrillated cellulose and / or a derivative thereof, and said microfibrillation At least one plasticizer and / or dispersant before, during or after the step of mixing together the cellulose and / or derivative thereof, and optionally water, and optionally preparing the microfibrillated cellulose To obtain the admixture. The invention further relates to the use of microfibrillated cellulose in concrete admixtures and to the use of the admixtures of the present invention in the manufacture of cement compositions such as concrete, self-filling concrete, mortar, grout or pouring grout. The invention further relates to the use of unstable cellulose pulp and / or cellulose raw materials in concrete admixtures or in the manufacture of cement compositions such as concrete, self-compacting concrete, mortar, grout or poured grout.
本願発明は、更に、セメント組成物の製造方法に関し、該方法は、セメントバインダー(cementitious binder)、骨材材料、水および本発明の混和剤を一緒に混合する工程を含む。本願発明は、また、本発明で規定された混和剤を含むセメント組成物ならびに前記セメント組成物から作られた建設要素に関する。本願発明は、更に、本発明に係る混和剤を含むセメントに関する。 The present invention further relates to a method for producing a cement composition, the method comprising mixing together a cementitious binder, an aggregate material, water and an admixture of the present invention. The present invention also relates to a cement composition comprising an admixture as defined in the present invention as well as a construction element made from said cement composition. The present invention further relates to a cement comprising the admixture according to the present invention.
特段の指定がない限り、本明細書および特許請求の範囲に用いられる用語は、建設業界ならびにパルプ工業および製紙業で一般的に用いられる意味を有する。詳細には、以下の用語は、以下に示す意味を有する。 Unless otherwise specified, terms used in the specification and claims have meanings commonly used in the construction industry and in the pulp and paper industries. Specifically, the following terms have the meanings indicated below.
セルフコンソリデーティングコンクリート(self-consolidating concrete)またはSCCとしても知られる用語「自己充填コンクリート(self-compacting concrete)」は、どのような機械的な振動も全く無い状態で、所定の場所に広がり、型枠を満たし、および最も密集した鉄筋でさえ密閉する、高度に流動性を有する非材料分離コンクリートである。このコンクリートは、振動の無い状態で、それ自体の重量によってきれいに(purely)配置され得るコンクリート混合物として規定される。 The term "self-compacting concrete", also known as self-consolidating concrete or SCC, spreads in place without any mechanical vibrations, A highly fluid non-material separating concrete that fills the formwork and seals even the most dense rebar. This concrete is defined as a concrete mixture that can be placed purely by its own weight in the absence of vibrations.
用語「セメントバインダー(cementitious binder)」は、水の存在下で凝固または硬化する十分な水硬活性(または水硬化性、hydraulic activity)を有する、カルシウム、アルミニウム、ケイ素、酸素および/または硫黄の複合物を含む全て無機材料のことを言う。 The term “cementitious binder” is a composite of calcium, aluminum, silicon, oxygen and / or sulfur with sufficient hydraulic activity to solidify or harden in the presence of water. All inorganic materials including things.
セメントは、一般的なポルトランド・セメント、急結するもしくは超(またはエキストラ、extra)急結する、耐硫酸塩性セメント、改質セメント、アルミナセメント、高アルミナセメント、カルシウムアルミナセメント、および2次成分(例えば、フライアッシュ(石灰石)、ポゾランおよび同等のもの)を含むセメントを含むがこれらに限定されない。 The cements are common Portland cements, quick-set or super-set (or extra) sulfate-resistant cements, modified cements, alumina cements, high alumina cements, calcium alumina cements, and secondary Including, but not limited to, cement including ingredients (eg, fly ash, pozzolana and the like).
用語「セメント組成物(cementitious composition)」は、セメントバインダーと少なくとも水から成る材料のことを言う。これらの材料は、例えば、コンクリート、モルタルおよびグラウトである。一般的に、コンクリートは、例えば、セメント、水、骨材および多くの場合に混和剤から成る。 The term “cementitious composition” refers to a material consisting of a cement binder and at least water. These materials are, for example, concrete, mortar and grout. In general, concrete consists of, for example, cement, water, aggregates and often admixtures.
セメントの代わりに、フライアッシュおよびスラグセメントのような他のセメント材料が使用され得る。骨材、概して、細骨材ならびに粗骨材、および化学混和剤が添加される。コンクリート骨材は、砂利、石灰岩または花崗岩のような粗骨材と、砂を含む細骨材とを含む。粉砕されている石またはリサイクルされた粉砕されているコンクリートもまた、骨材として使用される。 Instead of cement, other cement materials such as fly ash and slag cement can be used. Aggregates, generally fine and coarse aggregates, and chemical admixtures are added. Concrete aggregates include coarse aggregates such as gravel, limestone or granite, and fine aggregates containing sand. Ground stone or recycled ground concrete is also used as aggregate.
用語「骨材材料(aggregate material)」は、コンクリートに使用されるのに適した粒状材料のことを言う。骨材は、天然もしくは人工であってよく、または以前に建造物で用いられていた材料からリサイクルされてよい。用語「粗骨材(coarse aggregate)」は、上限サイズが4mm以上であり、下限サイズが2mm以上である骨材を意味する。用語「細骨材(fine aggregate)」は、上限サイズが4mm以下ある骨材を意味する。 The term “aggregate material” refers to a particulate material suitable for use in concrete. Aggregates may be natural or artificial, or recycled from materials previously used in construction. The term “coarse aggregate” means an aggregate having an upper limit size of 4 mm or more and a lower limit size of 2 mm or more. The term “fine aggregate” means an aggregate having an upper limit size of 4 mm or less.
用語「セメント/コンクリート混和剤(cement/concrete admixture)」は、フレッシュコンクリートまたは硬化したコンクリートの特性を改質するように、コンクリートの混合工程に、セメントの質量に関係して少量添加される材料のことを言う。 The term “cement / concrete admixture” refers to a material that is added in small quantities in relation to the mass of cement in the concrete mixing process to modify the properties of fresh concrete or hardened concrete. Say that.
用語「セルロース原料(cellulose raw material)」は、セルロースパルプ、微細化されたパルプまたはミクロフィブリル化セルロースの製造に使用できる任意のセルロース原料のことを言う。原料は、セルロースを含む任意の植物原料に基づき得る。原料は、また、所定の細菌発酵プロセスからも生成され得る。植物原料は、木材であってよい。木材は、トウヒ、マツ、モミ、カラマツ、ダグラスファー(ベイマツ)もしくはアメリカツガのような軟材木(針葉樹)、カバノキ、アスペン、ポプラ、ハンの木、ユーカリもしくはアカシアのような硬材木(広葉樹)または軟材および硬材から成る混合物であり得る。非木質材料は、農業廃棄物、草類、または綿、トウモロコシ、小麦、オートムギ、ライ麦、大麦、米、亜麻、大麻、マニラ麻、サイザル麻、ジュート、カラムシ、ケナフ麻、バガス、竹またはアシ(ヨシ)のわら、葉、樹皮、種、穀、花、野菜または果実のような他の植物材料であり得る。セルロース原料は、また、セルロース製造用微生物からも生成され得るであろう。微生物は、酢酸菌属(アセトバクター属)、アグロバクテリウム属、根粒菌属、シュードモナス属またはアルカリゲネス属、好ましくは酢酸菌属、より好ましくはアセトバクター・キシリナムまたはアセトバクター・パスツリアナスの菌種、であり得る。 The term “cellulose raw material” refers to any cellulosic material that can be used to produce cellulose pulp, micronized pulp or microfibrillated cellulose. The raw material can be based on any plant raw material including cellulose. The feedstock can also be produced from a given bacterial fermentation process. The plant material may be wood. Wood can be softwood (coniferous) such as spruce, pine, fir, larch, Douglas fir (Bay pine) or American hemlock, birch, aspen, poplar, han tree, hardwood (hardwood) such as eucalyptus or acacia, or It can be a mixture of soft and hard wood. Non-woody materials can be agricultural waste, grass or cotton, corn, wheat, oats, rye, barley, rice, flax, cannabis, manila hemp, sisal hemp, jute, ramie, kenaf hemp, bagasse, bamboo or reed (reed) ) Other plant materials such as straw, leaves, bark, seeds, grains, flowers, vegetables or fruits. Cellulose raw materials could also be produced from cellulose-producing microorganisms. The microorganism is an Acetobacter genus (Acetobacter genus), Agrobacterium genus, Rhizobium genus, Pseudomonas genus or Alkaligenes genus, preferably Acetobacter genus, more preferably Acetobacter xylinum or Acetobacter Pasteuriana spp. possible.
用語「セルロースパルプ(cellulose pulp)」は、セルロースファイバーのことを言い、セルロースファイバーは、化学パルプ化プロセス、機械パルプ化プロセス、サーモメカニカルパルプ化プロセスまたはケミサーモメカニカルパルプ化プロセスにより、任意のセルロース原料から単離(または分離、isolate)される。一般的に、ファイバーの直径は、15μm〜25μmの間で変わり、長さは、500μmを越えるがしかし、本発明は、これらのパラメータに限定されることを意図しない。典型的な「セルロースパルプ(cellulose pulp)」の光学顕微鏡写真は図1Aに示される。 The term “cellulose pulp” refers to cellulose fiber, which can be any cellulose raw material by chemical pulping process, mechanical pulping process, thermomechanical pulping process or chemithermomechanical pulping process. Isolated (or isolated). In general, the fiber diameter varies between 15 μm and 25 μm and the length exceeds 500 μm, but the present invention is not intended to be limited to these parameters. An optical micrograph of a typical “cellulose pulp” is shown in FIG. 1A.
用語「微細化されたパルプ(refined pulp)」は、微細化されたセルロースパルプのことを言う。例えば、リファインナー、粉砕機、ホモジナイザー、コロイダー、摩擦粉砕機、流動化装置(例えば、マイクロフルイダイザー、マクロフルイダイザーまたはフルイダイザータイプのホモジナイザー)または超音波処理機等の適切な装置により、セルロースパルプの微細化が実施される。一般的に、全てのセルロースファイバーが、完全にフィブリル化されるわけではない。つまり、変化しない寸法を有する多量のセルロースファイバーが、微細化されたセルロース材料とともに、まだ存在する。微細化されたパルプ中の該多量ファイバーは、フィブリル化された表面を有し得る。「微細化されたパルプ(refined pulp)」においてセルロースベースの材料の最も微細な部分は、直径が200nmより小さい、ミクロフィブリル化セルロース、すなわち、セルロースミクロフィブリルおよびミクロフィブリルの束、から成る。典型的な「微細化されたセルロース(refined cellulose)」の光学顕微鏡写真は図1Bに示される。 The term “refined pulp” refers to refined cellulose pulp. Cellulose pulp by suitable equipment such as, for example, a refererer, grinder, homogenizer, colloid, friction grinder, fluidizing device (eg microfluidizer, macrofluidizer or fluidizer type homogenizer) or sonicator Is refined. In general, not all cellulose fibers are fully fibrillated. That is, there are still a large amount of cellulose fibers with dimensions that do not change, along with the refined cellulose material. The bulk fibers in the refined pulp can have a fibrillated surface. The finest part of the cellulose-based material in “refined pulp” consists of microfibrillated cellulose, ie cellulose microfibrils and bundles of microfibrils, with a diameter of less than 200 nm. An optical micrograph of a typical “refined cellulose” is shown in FIG. 1B.
用語「ミクロフィブリル化セルロース(microfibrillar cellulose)」は、セルロース原料から生成された、単離したセルロースミクロフィブリルまたはミクロフィブリルの束の集合体のことを言う。ミクロフィブリルは、一般的に高いアスペクト比を有する。長さは、1マイクロメートルを越えてよいが一方で、平均直径の数値(number-average diameter)は、一般的に200nmよりも小さい。ミクロフィブリルの束の直径は、より大きくてもよいがしかし、概して、1μmよりも小さい。最も微小なミクロフィブリルは、一般的に直径が2nm〜12nmであるいわゆる基本繊維(elementary fibril)と同様である。フィブリルまたはフィブリルの束の大きさは、原料と解繊(または分解、disintegration)方法に依存する。ミクロフィブリル化セルロースは、また、いくつかのヘミセルロースを含んでもよい。すなわち、その量は、植物原料に依存する。リファインナー、粉砕機、ホモジナイザー、コロイダー、摩擦粉砕機、超音波処理機または流動化装置(例えば、マイクロフルイダイザー、マクロフルイダイザーまたはフルイダイザータイプのホモジナイザー)のような適切な装置により、セルロース原料、セルロースパルプ、または微細化されたパルプからのミクロフィブリル化セルロースの機械的な解繊が実施される。「ミクロフィブリル化セルロース(microfibrillar cellulose)」は、また、所定の発酵プロセスから直接単離(分離)し得る。本発明のセルロース製造用微生物は、酢酸菌属(アセトバクター属)、アグロバクテリウム属、根粒菌属、シュードモナス属またはアルカリゲネス属、好ましくは、酢酸菌属、より好ましくは、アセトバクター・キシリナムまたはアセトバクター・パスツリアナスの菌種、であってよい。「ミクロフィブリル化セルロース(microfibrillar cellulose)」は、また、セルロースミクロフィブリルまたはミクロファイブリルの束の化学的または物理的に改質された任意の誘導体でもあり得る。 化学的な改質は、例えば、セルロース分子のカルボキシメチル化、酸化、エステル化またはエーテル化反応に基づき得る。改質は、また、アニオン性物質、カチオン性物質もしくは非イオン性物質またはこれらの任意の組合せの、セルロース表面への物理吸着によっても実現されるであろう。記載された改質は、ミクロフィブリル化セルロースの製造前、後または間において実施され得る。 The term “microfibrillar cellulose” refers to an aggregate of isolated cellulose microfibrils or bundles of microfibrils produced from a cellulose source. Microfibrils generally have a high aspect ratio. The length may exceed 1 micron, while the number-average diameter is generally less than 200 nm. The diameter of the microfibril bundle may be larger, but is generally less than 1 μm. The finest microfibrils are similar to so-called elementary fibrils that are typically 2-12 nm in diameter. The size of the fibrils or fibril bundles depends on the raw materials and the method of disintegration (or disintegration). Microfibrillated cellulose may also include some hemicellulose. That is, the amount depends on the plant material. Cellulose raw material, by suitable equipment such as a referer inner, grinder, homogenizer, colloid, friction grinder, sonicator or fluidizer (eg microfluidizer, macrofluidizer or fluidizer type homogenizer), Mechanical defibration of microfibrillated cellulose from cellulose pulp or refined pulp is performed. “Microfibrillar cellulose” can also be isolated (separated) directly from a given fermentation process. The microorganism for producing cellulose according to the present invention comprises an Acetobacter genus (Acetobacter genus), Agrobacterium genus, Rhizobium genus, Pseudomonas genus or Alkaligenes genus, preferably Acetic acid bacteria genus, more preferably Acetobacter xylinum It may be a strain of Bacter pasturianas. “Microfibrillar cellulose” can also be any chemically or physically modified derivative of a bundle of cellulose microfibrils or microfibrils. Chemical modification can be based on, for example, carboxymethylation, oxidation, esterification or etherification reactions of cellulose molecules. Modification may also be achieved by physical adsorption of anionic, cationic or nonionic materials or any combination thereof on the cellulose surface. The described modifications can be carried out before, after or during the production of the microfibrillated cellulose.
ミクロフィブリル化セルロースに広く用いられている数個の同義語がある。例:ナノセルロース、ナノフィブリル化したセルロース(NFC)、ナノフィブリルセルロース、セルロースナノファイバー、ナノスケールのフィブリル化したセルロース、ミクロフィブリル化したセルロース(MFC)またはセルロースミクロフィブリル。さらに、所定の微生物により製造されたミクロフィブリル化セルロースもまた、様々な同義語を有する。例えば、バクテリアセルロース、微生物セルロース(MC)、バイオセルロース、ナタデココ(NDC)またはココデナタ。本発明に記載されたミクロフィブリル化セルロースは、セルロースナノウィスカー、セルロースナノ結晶、セルロースナノロッド、ロッド状のセルロース微細結晶またはセルロースナノワイヤーとしても知られるいわゆるセルロースウィスカーと同一の材料ではない。場合によっては、同様の専門用語が、例えばKuthcarlapatiら(Metals Materials and Processes20(3):307−314、2008)により、両材料に用いられ、そこでは、調査された材料は、「セルロースナノファイバー(cellulose nanofiber)」と称されていたがしかし、彼らは、明らかにセルロースナノウィスカーのことを言っていた。一般的に、これらの材料は、ミクロフィブリル化セルロースのようにフィブリル構造に沿って、更に強固な構造をもたらすアモルファス部分を有さない。セルロースウィスカーは、また、ミクロフィブリル化セルロースよりも短く、一般的に、その長さは1マイクロメートルよりも短い。 There are several synonyms that are widely used in microfibrillated cellulose. Examples: nanocellulose, nanofibrillated cellulose (NFC), nanofibril cellulose, cellulose nanofiber, nanoscale fibrillated cellulose, microfibrillated cellulose (MFC) or cellulose microfibril. In addition, microfibrillated cellulose produced by a given microorganism also has various synonyms. For example, bacterial cellulose, microbial cellulose (MC), biocellulose, Nata de Coco (NDC) or Cocodenata. The microfibrillated cellulose described in the present invention is not the same material as so-called cellulose whiskers, also known as cellulose nanowhiskers, cellulose nanocrystals, cellulose nanorods, rod-shaped cellulose microcrystals or cellulose nanowires. In some cases, similar terminology is used for both materials, for example by Kuthcarlapati et al. (Metals Materials and Processes 20 (3): 307-314, 2008), where the investigated materials are “cellulose nanofibers ( but they were clearly referring to cellulose nanowhiskers. In general, these materials do not have amorphous portions that provide a more rigid structure along the fibril structure, like microfibrillated cellulose. Cellulose whiskers are also shorter than microfibrillated cellulose, generally less than 1 micrometer in length.
典型的な「ミクロフィブリル化セルロース(microfibrillar cellulose)」の光学顕微鏡写真は、図1Cに示され、大きなセルロースファイバーは、もはや明確には視認できない。図1Dでは、より高い倍率により、100nmより小さい直径を有する、個々のミクロフィブリルおよびミクロフィブリルの束が見られ得る。 An optical micrograph of a typical “microfibrillar cellulose” is shown in FIG. 1C, where large cellulose fibers are no longer clearly visible. In FIG. 1D, due to the higher magnification, individual microfibrils and bundles of microfibrils can be seen having a diameter of less than 100 nm.
用語「工業グレードのミクロフィブリル化セルロース(technical grade microfibrillar cellulose)」または「工業用MFC(technical MFC)」は、分別された微細化されたパルプのことを言う。この材料は、濾過布またはメンブランのような適切な分別技術により、微細化されたセルロースパルプからより大きなセルロースファイバーを除去することによって得られる。「微細化されたパルプ(refined pulp)」と比較して、「工業用MFC(technical MFC)」は、「セルロースパルプ(cellulose pulp)」または「微細化されたパルプ(refined pulp)」において視認できる一般的に15μm〜25μmの直径の大きな繊維を含まない。 The term “technical grade microfibrillar cellulose” or “technical MFC” refers to fractionated micronized pulp. This material is obtained by removing larger cellulose fibers from the refined cellulose pulp by a suitable fractionation technique such as filter cloth or membrane. Compared to “refined pulp”, “technical MFC” is visible in “cellulose pulp” or “refined pulp”. Generally, it does not contain large fibers with a diameter of 15 μm to 25 μm.
用語「不安定なセルロースパルプまたはセルロース原料(labile cellulose pulp or cellulose raw material)」は、セルロース原料またはセルロースパルプの所定の改質について言う。例えば、N−オキシルの媒介酸化(例えば、2、2、6、6−テトラメチルー1ーピペリジンN−オキシド)は、ミクロフィブリル化セルロースに解繊するのが容易である非常に不安定なセルロース材料をもたらす。国際公開公報WO09/084566号および日本国特許公開公報第20070340371号は、このような改質例を開示している。 The term “labile cellulose pulp or cellulose raw material” refers to a given modification of a cellulose raw material or cellulose pulp. For example, mediated oxidation of N-oxyl (eg, 2,2,6,6-tetramethyl-1-piperidine N-oxide) results in a highly unstable cellulosic material that is easy to fibrillate into microfibrillated cellulose. . International Publication No. WO09 / 084566 and Japanese Patent Publication No. 20070340371 disclose such modified examples.
用語「ミクロフィブリル化セルロース L1(microfibrillar cellulose L1)」または「MFC−L1(MFC-L1)」は、不安定なセルロースパルプから得られるミクロファイブリル化セルロース材料のことを言う。不安定化(labilization)は、セルロースパルプ、セルロース原料または微細化されたパルプの酸化に基づいている。不安定化に起因して、このセルロースパルプは、ミクロフィブリル化セルロースに解繊するのが容易である。また、不安定化反応は、アルデヒド酸官能基およびカルボン酸官能基を、MFC−L1ファイバーの表面に与える。国際公開公報WO09/084566および日本国特許公開公報第20070340371号は、このような改質例を開示している。 The term “microfibrillar cellulose L1” or “MFC-L1” refers to a microfibrillated cellulose material obtained from an unstable cellulose pulp. The destabilization is based on the oxidation of cellulose pulp, cellulose raw material or refined pulp. Due to destabilization, this cellulose pulp is easy to defibrate into microfibrillated cellulose. The destabilization reaction also provides aldehyde acid functionality and carboxylic acid functionality to the surface of the MFC-L1 fiber. International Publication No. WO09 / 084566 and Japanese Patent Publication No. 20070340371 disclose such modified examples.
用語「ミクロフィブリル化セルロース L2(microfibrillar cellulose L2)」または「MFC−L2(MFC-L2)」は、不安定なセルロースパルプから得られるミクロフィブリル化セルロース材料のことを言う。不安定化は、セルロースパルプ、セルロース原料または微細化されたパルプのカルボキシメチル化に基づいている。不安定化に起因して、このセルロースパルプは、ミクロフィブリル化セルロースに解繊するのが容易である。また、不安定化反応は、カルボン酸官能基を、MFC−L2ファイバーの表面に与える。 The term “microfibrillar cellulose L2” or “MFC-L2” refers to a microfibrillated cellulose material obtained from unstable cellulose pulp. Destabilization is based on carboxymethylation of cellulose pulp, cellulose raw material or refined pulp. Due to destabilization, this cellulose pulp is easy to defibrate into microfibrillated cellulose. The destabilization reaction also imparts carboxylic acid functional groups to the surface of the MFC-L2 fiber.
用語「可塑剤(plasticizer)」は、セメントペーストの流動性を向上させ、従って、一定の水/セメント比におけるコンクリートのワーカビリティを向上させる材料、または同等のワーカビリティを維持しながら、より少ない量の水によりコンクリートが作製され得る材料のことを言う。 The term “plasticizer” is a material that improves the fluidity of a cement paste and therefore improves the workability of concrete at a constant water / cement ratio, or a smaller amount while maintaining equivalent workability. It is a material from which concrete can be made with water.
用語「分散剤(dispersing agent)」は、粒子の分離性を改善し、および沈下または集塊化(clumping)を防ぐように、懸濁液、通常コロイド、に添加される非界面活性ポリマーまたは界面活性剤のことを言う。 The term “dispersing agent” refers to a non-surfactant polymer or interface added to a suspension, usually a colloid, so as to improve the separability of the particles and prevent settlement or clumping. Says the activator.
用語「コンクリートのブリーディング(concrete bleeding)」は、コンクリートの可塑化の段階(plastic phase)の間に、固形物の沈下に起因した、コンクリート表面における水の層の形成のことを言う。 The term “concrete bleeding” refers to the formation of a layer of water on the concrete surface during the plastic phase of the concrete due to solid settlement.
用語「内部ブリーディング(internal bleeding)」は、コンクリート構造自体の内部の水の分離のことを言う。 The term “internal bleeding” refers to the separation of water within the concrete structure itself.
用語「注入グラウト(injection grout)」は、圧力注入工法(pressure grouting technique)により使用されることが意図される特別のグラウトのことを言う。これらの材料に要求されることは、とりわけ、高い流動性、少ない材料分離および少ないブリーディングである。 The term “injection grout” refers to a special grout intended to be used by a pressure grouting technique. What is required of these materials is inter alia high fluidity, low material separation and low bleeding.
本発明は、以下の実施形態またはそれらの任意の組み合わせを提供する。 The present invention provides the following embodiments or any combination thereof.
本発明は、セメント混和剤を提供し、該混和剤は、ミクロフィブリル化セルロースおよび/またはその誘導体および/または混和剤の使用中にミクロフィブリル化セルロースを形成する、化学的に改質された不安定なセルロースパルプもしくはセルロース原料、および必要に応じて水を含む。 The present invention provides a cement admixture that is chemically modified to form microfibrillated cellulose during use of the microfibrillated cellulose and / or its derivatives and / or admixture. Contains a stable cellulose pulp or cellulosic material, and optionally water.
混和剤は、例えば、ミクロフィブリル化セルロースおよび/またはその誘導体の、固体混合物または分散体であり得る混合物から成ってよい。 The admixture may consist of, for example, a solid mixture or dispersion of microfibrillated cellulose and / or derivatives thereof.
本発明の混和剤は、少なくとも1つの可塑剤を更に含んでよい。可塑剤の例は、ポリカルボン酸エーテルまたはその誘導体を含む。 The admixture of the present invention may further comprise at least one plasticizer. Examples of plasticizers include polycarboxylic acid ethers or derivatives thereof.
本発明の混和剤は、少なくとも1つの分散剤を更に含んでよい。混和剤は、更に、消泡剤、緩衝材、抑制剤、pH調整剤、殺生物剤、防腐剤、硬化促進剤および/または空気連行剤のような1以上の他の成分を含んでよい。 The admixture of the present invention may further comprise at least one dispersant. The admixture may further include one or more other ingredients such as antifoams, buffers, inhibitors, pH adjusters, biocides, preservatives, cure accelerators and / or air entrainers.
本発明の混和剤は、ミクロフィブリル化セルロースを含んでよく、セルロースミクロフィブリルまたはミクロフィブリルの束の直径は、1μmより小さく、好ましくは、200nmより小さく、より好ましくは100nmより小さい。 The admixture of the present invention may comprise microfibrillated cellulose and the diameter of the cellulose microfibrils or bundles of microfibrils is less than 1 μm, preferably less than 200 nm, more preferably less than 100 nm.
ミクロフィブリル化セルロースは、セルロースミクロフィブリルまたはミクロフィブリルの束の化学的または物理的に改質された誘導体であり得る。ミクロフィブリル化セルロースは、植物材料を含む原料から得ることができ、または細菌発酵プロセスから生成され得る。植物材料は、上述したような木材であり得る。 Microfibrillated cellulose can be a chemically or physically modified derivative of cellulose microfibrils or bundles of microfibrils. Microfibrillated cellulose can be obtained from raw materials including plant material or can be produced from a bacterial fermentation process. The plant material can be wood as described above.
本発明の混和剤は、化学的に改質された不安定なセルロースパルプまたはセルロース原料を含み得る。N−オキシル媒介酸化のようなセルロース原料またはセルロースパルプの改質は、ミクロフィブリル化セルロースに容易に解繊する非常に不安定なセルロース材料をもたらす。 The admixtures of the present invention may include chemically modified unstable cellulose pulp or cellulose raw materials. Modification of cellulosic raw materials or cellulose pulp, such as N-oxyl mediated oxidation, results in highly unstable cellulosic materials that are easily defibrated to microfibrillated cellulose.
本発明は、ミクロフィブリル化セルロースおよび/またはその誘導体の混合物を含むセメント混和剤の製造方法を提供し、該方法は、
・ミクロフィブリル化セルロースおよび/またはその誘導体を準備する工程と、
・前記ミクロフィブリル化セルロースおよび/またはその誘導体、および必要に応じて水を一緒に混合する工程と、
・必要に応じて、ミクロフィブリル化セルロースを準備する工程の前、間または後に少なくとも1つの可塑剤および/または分散剤を添加して前記混和剤を得る工程と、
を含む。
The present invention provides a method for producing a cement admixture comprising a mixture of microfibrillated cellulose and / or derivatives thereof, the method comprising:
Providing a microfibrillated cellulose and / or derivative thereof;
Mixing the microfibrillated cellulose and / or derivative thereof and, if necessary, water together;
-Optionally adding at least one plasticizer and / or dispersant to obtain said admixture before, during or after the step of preparing the microfibrillated cellulose;
including.
本発明は、コンクリート混和剤でのミクロフィブリル化セルロースおよび/またはその誘導体の使用を規定する。本発明は、レオロジーを改質する、または材料分離を制御するための、ミクロフィブリル化セルロースおよび/またはその誘導体、または本発明に係る混和剤の使用を提供する。 The present invention provides for the use of microfibrillated cellulose and / or its derivatives in concrete admixtures. The present invention provides the use of microfibrillated cellulose and / or derivatives thereof, or an admixture according to the present invention to modify rheology or control material separation.
本発明は、コンクリート、自己充填コンクリート、モルタル、グラウトまたは注入グラウトのようなセメント組成物の製造における本願発明に係る混和剤の使用を提供する。本願発明の好ましい実施形態では、コンクリートは、自己充填コンクリートである。 The present invention provides the use of an admixture according to the present invention in the manufacture of cement compositions such as concrete, self-compacting concrete, mortar, grout or pouring grout. In a preferred embodiment of the present invention, the concrete is self-compacting concrete.
本発明は、また、不安定なセルロースパルプおよび/またはセルロース原料の、コンクリート混和剤での使用、またはコンクリート、自己充填コンクリート、モルタル、グラウトまたは注入グラウトのようなセメント組成物の製造における使用をも提供する。 The invention also includes the use of unstable cellulose pulp and / or cellulose raw materials in concrete admixtures or in the manufacture of cement compositions such as concrete, self-compacting concrete, mortar, grout or pouring grout. provide.
本願発明の1つの実施形態では、混和剤は、更に、可塑剤および/または分散剤を含む。ミクロフィブリル化セルロースまたはその誘導体は、可塑剤と組み合わせて使用されてよい。可塑剤は、ミクロフィブリル化セルロースの製造の前、後または間にミクロフィブリル化セルロースまたはその原料セルロースに添加されてよい。 In one embodiment of the present invention, the admixture further comprises a plasticizer and / or a dispersant. Microfibrillated cellulose or its derivatives may be used in combination with a plasticizer. The plasticizer may be added to the microfibrillated cellulose or its raw cellulose before, after or during the production of the microfibrillated cellulose.
本発明は、本発明に係る混和剤を含むセメント組成物を提供する。セメント組成物は、更に、セメントバインダー、骨材材料および水を含み得る。セメントバインダーは、水の存在下において凝固または硬化するように、十分な水硬活性を有する、カルシウム、アルミニウム、シリコン、酸素または硫黄化合物を含む無機材料であってよい。 The present invention provides a cement composition comprising the admixture according to the present invention. The cement composition may further include a cement binder, an aggregate material, and water. The cement binder may be an inorganic material comprising calcium, aluminum, silicon, oxygen or sulfur compounds that has sufficient hydraulic activity to solidify or harden in the presence of water.
本発明の1つの実施形態では、セメント組成物は、混和剤を含み、ミクロフィブリル化セルロースの量は、セメントバインダーの2重量%以下、より好ましくは、セメントバインダーの0.2重量%以下、であり、その下限値はセメントバインダーの0.002重量%であり、セメントに対する水の比率は、1.0以下である。 In one embodiment of the present invention, the cement composition comprises an admixture and the amount of microfibrillated cellulose is 2% by weight or less of the cement binder, more preferably 0.2% by weight or less of the cement binder. The lower limit is 0.002% by weight of the cement binder, and the ratio of water to cement is 1.0 or less.
本発明の別の実施形態では、セメント組成物は、混和剤を含み、ミクロフィブリル化セルロースの量は、水の2重量%以下、好ましくは、水の0.2重量%以下、であり、セメントに対する水の比率は1.0以上である。 In another embodiment of the present invention, the cement composition comprises an admixture, and the amount of microfibrillated cellulose is 2 wt% or less of water, preferably 0.2 wt% or less of water, The ratio of water to is 1.0 or more.
本願発明の1つの実施形態では、組成物は、更に、少なくとも1つの可塑剤および/または少なくとも1つの分散剤を含む。 In one embodiment of the invention, the composition further comprises at least one plasticizer and / or at least one dispersant.
本願発明の1つの実施形態では、セメント組成物は、コンクリート、好ましくは、自己充填コンクリート、である。本願発明の別の実施形態では、セメント組成物は、注入グラウトである。 In one embodiment of the invention, the cement composition is concrete, preferably self-filling concrete. In another embodiment of the invention, the cement composition is an infused grout.
本発明は、
・セメントバインダー、骨材材料、水および本発明で規定された混和剤を一緒に混合する工程と、
・必要に応じて、少なくとも1つの可塑剤および/または分散剤を添加する工程と、
を含む、本発明に係るセメント組成物の製造方法を提供する。
The present invention
Mixing together cement binder, aggregate material, water and admixture as defined in the present invention;
-Adding at least one plasticizer and / or dispersant, if necessary;
A method for producing a cement composition according to the present invention is provided.
本発明の1つの実施形態では、セメント組成物の製造方法は、ミクロフィブリル化セルロースの量が、セメントバインダーの2重量%以下、好ましくは、セメントバインダーの0.2重量%以下、であり、その下限値がセメントバインダーの0.002重量%であり、セメントに対する水の比率が1.0以下であることを含む。 In one embodiment of the present invention, the method for producing a cement composition is characterized in that the amount of microfibrillated cellulose is 2% by weight or less of the cement binder, preferably 0.2% by weight or less of the cement binder, The lower limit is 0.002% by weight of the cement binder, and the ratio of water to cement is 1.0 or less.
本発明の別の実施形態では、セメント組成物の製造方法は、ミクロフィブリル化セルロースの量が、水の2重量%以下、好ましくは、水の0.2重量%以下、であり、セメントに対する水の比率が1.0以上であることを含む。 In another embodiment of the present invention, the method for producing a cement composition is characterized in that the amount of microfibrillated cellulose is 2 wt% or less of water, preferably 0.2 wt% or less of water, Including a ratio of 1.0 or more.
本発明は、前記セメント組成物から作られた建設要素を提供する。本発明は、本発明に係る混和剤を含むセメントを提供する。 The present invention provides a construction element made from the cement composition. The present invention provides a cement comprising the admixture according to the present invention.
本願発明は、ミクロフィブリル化セルロースおよび/またはその誘導体を含むセメント組成物のための新規な混和剤を教示する。本願発明の好ましい実施形態は、コンクリート混和剤としてのミクロフィブリル化セルロースの使用に関する。 The present invention teaches a novel admixture for cement compositions comprising microfibrillated cellulose and / or derivatives thereof. A preferred embodiment of the present invention relates to the use of microfibrillated cellulose as a concrete admixture.
本願発明は、コンクリートの安定化混和剤としてのミクロフィブリル化セルロースおよび/またはその誘導体の使用に基づいている。水のある環境下において、ミクロフィブリル化セルロースは、分散した、ミクロフィブリルまたはミクロフィブリルの束の連続したヒドロゲルネットワークを形成する。このゲルは、非常に低い濃度でさえ、互いに絡み合った高度に水和したフィブリルにより形成される。このフィブリルは、また、水素結合を介しても相互に作用し得る。その巨視的構造は、機械的攪拌により容易に破壊される。すなわち、このゲルは、高いせん断応力下で流れ始める。 The present invention is based on the use of microfibrillated cellulose and / or its derivatives as stabilizing admixtures for concrete. In an environment with water, the microfibrillated cellulose forms a continuous, hydrogel network of dispersed microfibrils or bundles of microfibrils. This gel is formed by highly hydrated fibrils that are intertwined with each other, even at very low concentrations. The fibrils can also interact through hydrogen bonding. Its macroscopic structure is easily destroyed by mechanical stirring. That is, the gel begins to flow under high shear stress.
本願発明の特定の実施形態では、材料の化学組成は同一であり、フィブリル化の度合いのみが変えられた。平均的な繊維の大きさは、フィブリル化に伴って減少した。 In certain embodiments of the present invention, the chemical composition of the material was the same and only the degree of fibrillation was changed. The average fiber size decreased with fibrillation.
水のある環境下において、セルロースパルプおよび微細化されたパルプは、いかなる明確なチクソトロピーも示さなかった、相分離した繊維懸濁液を形成したがしかし一方で、ミクロフィブリル化セルロースは、低い濃度でさえ、自己組織化したヒドロゲルネットワークを形成する。ミクロフィブリル化セルロースのこれらのゲルは、性質上、高いずり流動性および高いチクソトロピーを有する。ミクロフィブリル化セルロースゲルの固有の特性に起因して、この材料は、また、強い骨材保持力をも示す。 In an environment with water, cellulose pulp and micronized pulp formed a phase-separated fiber suspension that did not show any clear thixotropy, while microfibrillated cellulose was at low concentrations. Even form a self-assembled hydrogel network. These gels of microfibrillated cellulose have high shear flow and high thixotropy in nature. Due to the inherent properties of microfibrillated cellulose gel, this material also exhibits strong aggregate retention.
実験室での試験は、高い水−セメント(w/c)のグラウトにより実施された。注入グラウトの材料分離は、本願の混和剤の使用により減少するということを示すことができる。これらの試験では、高い水−セメント比のグラウトは、この性質を確認するように試験された。また、より幅広い添加量と、異なるセルロース誘導体とによるレオロジー試験は、異なる用途において最良の材料および添加量を特定するように実施された。 Laboratory testing was performed with a high water-cement (w / c) grout. It can be shown that the material separation of the injected grout is reduced by the use of the present admixture. In these tests, high water-cement ratio grouts were tested to confirm this property. Also, rheological testing with a wider range of loadings and different cellulose derivatives was performed to identify the best materials and loadings for different applications.
以下の実施例は、本願発明を更に説明するように提供され、その特許請求の範囲の技術的範囲を制限することは意図されない。この記載に基づいて、当業者は、多くの方法で本願発明を改良することができるだろう。 The following examples are provided to further illustrate the invention and are not intended to limit the scope of the claims. Based on this description, those skilled in the art will be able to improve the present invention in a number of ways.
材料
セルロース材料
以下のセルロース材料は、実施例1および3に用いられた:セルロースパルプ(試料1)、微細化されたパルプ(試料2)およびミクロフィブリル化セルロース(試料3)。セルロースパルプ(試料1)は、従来の化学パルプ化プロセスにより作られた、漂白されたカバノキのパルプ(またはバーチパルプ)であった。微細化されたパルプ(試料2)は、従来のVoith Sulzer リファインナー(300kWh/t)を用いて、試料1と同一のセルロースパルプから作製された。ミクロフィブリル化セルロース(試料3)は、工業用流動化装置を用いて、微細化されたパルプ(試料2)から作製された。
Materials Cellulosic Materials The following cellulose materials were used in Examples 1 and 3: cellulose pulp (Sample 1), micronized pulp (Sample 2) and microfibrillated cellulose (Sample 3). Cellulose pulp (Sample 1) was a bleached birch pulp (or birch pulp) made by a conventional chemical pulping process. The refined pulp (Sample 2) was made from the same cellulose pulp as Sample 1 using a conventional Voice Sulzer referer inner (300 kWh / t). Microfibrillated cellulose (sample 3) was made from refined pulp (sample 2) using an industrial fluidizer.
用いられたセルロース材料の大きさは、図1の顕微鏡画像から推定できる。セルロースパルプ(図1A)および微細化されたパルプ(図1B)において、セルロースファイバーは、通常の光学顕微鏡により明確に視認できる。通常、大きい繊維の直径は、15μm〜25μmの間で変わり、長さは、500μmを越える(図1Aおよび1B)。微細化されたパルプにおいても、より微細なセルロースフィブリルまたはフィブリルの束が存在する(図1B)。ミクロフィブリル化セルロースでは、大きいセルロースファイバーは、もはや視認できない(図1C)。より高い倍率により、図1DのAMF像を参照すると、10nm〜100nmの直径を有する、高度に絡み合った個々のセルロースミクロフィブリルおよびフィブリルの束を見つけることができる。 The size of the cellulose material used can be estimated from the microscopic image of FIG. In the cellulose pulp (FIG. 1A) and the refined pulp (FIG. 1B), the cellulose fibers can be clearly seen with a normal optical microscope. Usually, the diameter of large fibers varies between 15 μm and 25 μm and the length is over 500 μm (FIGS. 1A and 1B). Even in the refined pulp, there are finer cellulose fibrils or bundles of fibrils (FIG. 1B). In microfibrillated cellulose, large cellulose fibers are no longer visible (FIG. 1C). With higher magnification, referring to the AMF image of FIG. 1D, highly intertwined individual cellulose microfibrils and fibril bundles with a diameter of 10 nm to 100 nm can be found.
以下のセルロース材料は、実施例2および4に用いられた:工業グレードのミクロフィブリル化セルロース(工業用MFC)、ミクロフィブリル化セルロースL1(MFC−L1)であり、不安定化は、セルロースパルプ、セルロース原料または微細化されたパルプおよびミクロフィブリル化セルロースL2(MFC−L2)の酸化に基づいており、不安定化は、セルロースパルプ、セルロース原料または微細化されたパルプのカルボキシメチル化に基づいている。 The following cellulosic materials were used in Examples 2 and 4: industrial grade microfibrillated cellulose (industrial MFC), microfibrillated cellulose L1 (MFC-L1), destabilization was cellulose pulp, Cellulose raw material or micronized pulp and based on oxidation of microfibrillated cellulose L2 (MFC-L2), destabilization is based on carboxymethylation of cellulose pulp, cellulose raw material or micronized pulp .
セメント
注入グラウトに用いられたセメントは、CEM II/A−M(S−LL)42.5N(株式会社Finnsementti、フィンランド)であった。
Cement The cement used for the injection grout was CEM II / AM (S-LL) 42.5N (Finsementti, Finland).
ペースト混合物のレオロジーの調査
方法
混合
ペーストの混合は、ホバート型モルタルミキサー(Hobart mortar mixer)により実施された。混合時間は3分(2分低速+1分高速)であった。パルプおよびセルロース材料は、まず、泡立て器(whisk)により、手作業で水(および必要に応じて可塑剤)と混合された。
Investigation method of rheology of paste mixture
Paste mixing was performed with a Hobart mortar mixer. The mixing time was 3 minutes (2 minutes slow + 1 minute fast). The pulp and cellulosic material was first manually mixed with water (and optionally a plasticizer) by a whisk.
レオロジー
ペースト混合物のレオロジーは、粘度測定機(Rheotest RN4)により調査された。混合後、ペーストは、測定のために同軸シリンダー内に導入された。せん断速度が変えられ、せん断応力が測定された。
Rheology The rheology of the paste mixture was investigated with a viscometer (Rheotest RN4). After mixing, the paste was introduced into a coaxial cylinder for measurement. The shear rate was changed and the shear stress was measured.
試験の設定
ペースト混合物の組成は、表1に示される。
混合後、即座にペースト混合物のレオロジーが調査された。試験の終了には、約15分かかった。 Immediately after mixing, the rheology of the paste mixture was investigated. It took about 15 minutes to complete the test.
試験結果
試験結果は、図2および3に示される。
Test results The test results are shown in FIGS.
レオロジー試験(図2)に基づくと、ミクロフィブリル化セルロースファイバーはペーストの降伏値およびチクソトロピーを増加させるということを結論付けることができる。 Based on the rheology test (FIG. 2), it can be concluded that microfibrillated cellulose fibers increase the yield value and thixotropy of the paste.
ミクロフィブリル化セルロースの量が微細化されたパルプ内において少ないため、微細化されたパルプは、少しだけミクロフィブリル化セルロースと同じように機能するがしかし、降伏値およびチクソトロピーをわずかに向上させるだけであったこともまた判った。 Because the amount of microfibrillated cellulose is low in the refined pulp, the refined pulp functions a little like microfibrillated cellulose, but with only a slight improvement in yield value and thixotropy. I also found out.
ミクロフィブリル化セルロースファイバーが、どのようにポリカルボン酸塩ベースの可塑剤と相互作用するかが判った(図3)。可塑剤は、ペーストの降伏値を予想通り減少させたがしかし、チクソトロピーは損なわれなかった。これは、いくつかの無機ナノ粒子による典型的な反応と逆であった。すなわち、少量の可塑剤により、チクソトロピーを損なうことは既に見出されている。 It has been found how microfibrillated cellulose fibers interact with polycarboxylate based plasticizers (FIG. 3). The plasticizer reduced the yield value of the paste as expected, but thixotropy was not compromised. This was the opposite of the typical reaction with some inorganic nanoparticles. That is, it has already been found that a small amount of plasticizer impairs thixotropy.
ペースト混合物のレオロジーの調査(試料:工業用MFC、MFC−L1およびMFC−L2)
方法
混合
ペーストの混合は、ホバート型モルタルミキサーにより実施された。混合時間は、3分(2分低速+1分高速)であった。パルプとセルロース材料は、まず、泡立て器により、手作業で水(および必要に応じて可塑剤)と混合された。
Investigation of rheology of paste mixture (sample: industrial MFC, MFC-L1 and MFC-L2)
Method Mixing Paste mixing was performed with a Hobart mortar mixer. The mixing time was 3 minutes (2 minutes slow + 1 minute fast). The pulp and cellulosic material were first mixed with water (and plasticizer as needed) manually with a whisk.
レオロジー
ペースト混合物のレオロジーは、粘度測定機(Rheotest RN4)により調査された。混合後、ペーストは、測定のために同軸シリンダー内に導入された。せん断速度が変えられ、せん断応力が測定された。
Rheology The rheology of the paste mixture was investigated with a viscometer (Rheotest RN4). After mixing, the paste was introduced into a coaxial cylinder for measurement. The shear rate was changed and the shear stress was measured.
試験の設定
ペースト混合物の組成は、表2に示される。作製されたペーストの水/セメント比は、全てのペーストが同一のワーカビリティを得るように調整された。このことは、ほぼ一定である降伏値に対応する。
混合後、即座にペースト混合物のレオロジーが調査された。試験の終了には15分かかった。 Immediately after mixing, the rheology of the paste mixture was investigated. The test took 15 minutes to complete.
試験結果
試験結果は、表2、図4および図5に示される。
Test results The test results are shown in Table 2, FIG. 4 and FIG.
これらのMFC添加剤により、同じワーカビリティおよび安定性を有する非常に高い水/セメント比のペーストを作ることは可能であった。本実施例において、参照ペーストに適したワーカビリティは、より高いセメント含有量を使用することにより達成された。実施例1と比較して、降伏値を増加させる影響もまた見出された。 With these MFC additives it was possible to make very high water / cement ratio pastes with the same workability and stability. In this example, workability suitable for the reference paste was achieved by using a higher cement content. The effect of increasing the yield value compared to Example 1 was also found.
混和剤としてセルロース材料を含むコンクリート混合物の調査
方法
混合
コンクリートの混合は、欧州標準規格EN 196−1(セメントの試験方法−第1部:強度の測定)に従って実施された。パルプとセルロース材料は、まず、泡立て器により手作業で水(および必要に応じて可塑剤)と混合された。
Method of investigation of concrete mixtures containing cellulosic material as admixture Mixing of concrete was carried out according to European standard EN 196-1 (Cement test method-Part 1: Strength measurement). The pulp and cellulosic material were first mixed with water (and plasticizer as needed) manually with a whisk.
レオロジー
コンクリート(骨材<8mm)のワーカビリティは、Haegermann Flow テーブルにより測定された。流動値(またはフロー、フロー値、flow)[mm]は、DIN 18550規格に従って15回の衝撃前後で測定された。
The workability of the rheological concrete (aggregate <8 mm) was measured with a Haegermann Flow table. Flow values (or flow, flow values, flow) [mm] were measured before and after 15 impacts according to the DIN 18550 standard.
水のブリーディング
コンクリートの水のブリーディング[vol.%]は、混合後1時間と3時間で測定された。フレッシュ混合物は、混合が終了した後、0.5リットルの奥部(bowel)に流し込まれた。試験の設定は、標準規格SFS5290から適合したものであった。
Water bleeding Concrete water bleeding [vol. %] Was measured 1 hour and 3 hours after mixing. The fresh mixture was poured into a 0.5 liter bowel after mixing was complete. The test settings were adapted from standard SFS5290.
強度の調査
コンクリート試料(40mm×40mm×160mm)は、強度の調査のために流し込まれた。圧縮強度および曲げ強度[MPa]は、1日、7日および28日後に測定された[EN−196−1]。圧縮強度は、6回の平均値として計算され、曲げ強度は、3回の平均値として計算された。
Strength investigation Concrete samples (40 mm x 40 mm x 160 mm) were cast for strength investigation. Compressive strength and bending strength [MPa] were measured [EN-196-1] after 1, 7 and 28 days. The compressive strength was calculated as an average value of 6 times, and the bending strength was calculated as an average value of 3 times.
断面の調査
岩石状の(petrographic)断面は、光学顕微鏡調査のために作製された。断面は、蛍光エポキシによって含浸(または浸透、impregnate)された。断面の最終サイズは、35mm×55mm×25μmであった。断面の顕微鏡写真は、Leica Qwin画像分析器(image analyzer)により撮影された。
Cross-sectional investigation Petrographic cross-sections were made for optical microscopy. The cross section was impregnated (or impregnate) with fluorescent epoxy. The final size of the cross section was 35 mm × 55 mm × 25 μm. Micrographs of the cross section were taken with a Leica Qwin image analyzer.
試験の設定
1.5%のミクロフィブリル化セルロース分散体は、欧州標準規格EN196−1のコンクリート配合物において試験された。最大の骨材サイズは、8mmよりも小さかった(「CEN 参照砂(Reference sand)」)。従来のセルロースパルプおよび微細化されたセルロースパルプもまた用いられた。添加剤を含まない参照混合物もまた作製された。乾燥していない配合物の、流動性、レオロジーおよび保水性が調査され、硬化された試料の、曲げ強度、圧縮強度および微細構造が測定された。
Test Setup A 1.5% microfibrillated cellulose dispersion was tested in a European standard EN 196-1 concrete formulation. The maximum aggregate size was less than 8 mm (“CEN Reference sand”). Conventional cellulose pulp and refined cellulose pulp were also used. A reference mixture without additives was also made. The dryness, flowability, rheology and water retention of the formulations were investigated and the flexural strength, compressive strength and microstructure of the cured samples were measured.
コンクリート混合物における、材料の固形成分含有量と組成の情報が表3に示される。
結果
フレッシュコンクリート
セルロース材料を、まず、泡立て器によりコンクリートおよび水と混合させた場合、セルロースパルプ(1)および微細化されたパルプ(2)を用いて均一な分散体を得ることは不可能であることが判った。視覚による評価に基づくと、ミクロフィブリル化セルロース(3)は、セルロースパルプ(1)および微細化されたセルロースパルプ(2)よりも均一に分散していた。
Results When fresh concrete cellulosic material is first mixed with concrete and water by a whisk, it is impossible to obtain a uniform dispersion using cellulose pulp (1) and refined pulp (2). I found out. Based on visual assessment, the microfibrillated cellulose (3) was more uniformly dispersed than the cellulose pulp (1) and the refined cellulose pulp (2).
コンクリートの水のブリーディングは、混合後1時間と3時間で測定された。ブリーディングの結果は、表4に示される。レオロジーの結果もまた、表4に示され、および図6の測定写真に示される。
セルロースを含まない参照混合物では、大量のブリーディングがあった。流動値(フロー値)は高く、245mmであり、この混合物は、また、流動(フロー)試験(図6A)において材料分離した。 In the reference mixture without cellulose, there was a large amount of bleeding. The flow value (flow value) was high, 245 mm, and this mixture also separated the material in the flow test (FIG. 6A).
ミクロフィブリル化セルロースを含むコンクリート混合物では、わずかなブリーディング(1%より少ない)があった。流動値は中位であり、140mmであった(図6Dも参照されたい)。 There was slight bleeding (less than 1%) in the concrete mixture containing microfibrillated cellulose. The flow value was moderate, 140 mm (see also FIG. 6D).
微細化されたセルロースパルプを含むコンクリート混合物では、わずかなブリーディング(1%よりも少ない)があった。流動値は中位であり、150mm(図6C)であった。微細化されたパルプの添加量は、ミクロフィブリル化セルロースの添加量よりも3倍多かったことが判る(表4)。 There was a slight bleeding (less than 1%) in the concrete mix containing the refined cellulose pulp. The flow value was moderate and was 150 mm (FIG. 6C). It can be seen that the amount of refined pulp added was three times greater than the amount of microfibrillated cellulose added (Table 4).
セルロースパルプを含むコンクリート混合物では、大量のブリーディングがあった。流動値は高く、235mmであり、この混合物は、また、流動試験(図6B)において材料分離した。 There was a large amount of bleeding in the concrete mixture containing cellulose pulp. The flow value was high, 235 mm, and this mixture also material separated in the flow test (FIG. 6B).
硬化されたコンクリート
断面の調査結果(図7)は、参照コンクリート混合物(A)では大量のブリーディングと大量の骨材沈下があったことを示す。水とペーストは、コンクリートの表面で分離し、骨材は底部に存在した。
The hardened concrete cross-section survey results (Figure 7) show that the reference concrete mixture (A) had a large amount of bleeding and a large amount of aggregate settlement. The water and paste separated on the concrete surface and the aggregate was at the bottom.
ミクロフィブリル化セルロースを含むコンクリート混合物では、図7Dから判るように骨材の沈下はなかった。 In the concrete mixture containing microfibrillated cellulose, there was no aggregate settlement as can be seen from FIG. 7D.
微細化されたセルロースパルプを含むコンクリート混合物では、図7Cから判るように骨材の沈下はなかった。また、微細化されたパルプの添加量はミクロフィブリル化セルロースの添加量よりも3倍多かったことが判る(表4)。 In the concrete mixture containing the refined cellulose pulp, there was no aggregate settlement as can be seen from FIG. 7C. Moreover, it turns out that the addition amount of the refined | pulverized pulp was 3 times more than the addition amount of microfibrillated cellulose (Table 4).
セルロースパルプを含むコンクリート混合物では、大量の骨材沈下があった。水とペーストは、図7Cから判るようにコンクリートの表面で分離した。 In concrete mixtures containing cellulose pulp, there was a large amount of aggregate settlement. Water and paste separated on the concrete surface as can be seen from FIG. 7C.
ミクロフィブリル化セルロースの量は、微細化されたパルプにおいて、より少ないため、ミクロフィブリル化セルロースがコンクリート混合物に使用される場合、微細化されたセルロースパルプの使用と比較して、セルロース材料のより少ない添加量が必要とされることが判る。 Since the amount of microfibrillated cellulose is less in the refined pulp, when microfibrillated cellulose is used in the concrete mixture, less of the cellulosic material compared to the use of the refined cellulose pulp It can be seen that an additional amount is required.
微細構造は、また、UV光によっても調査された。断面光学調査結果は、図8に示される。参照試料では、明らかに基準から外れた大量の内部ブリーディングがあったことが判る(図8A)。内部ブリーディングは、コンクリートの内部において水路ネットワーク(channel network)を形成していた。セルロースパルプを含むコンクリート混合物においてもいくつかの内部ブリーディングがあった(図8B)が一方で、微細化されたセルロースパルプ(図8C)またはミクロフィブリル化セルロース(図8D)を含む混合物において内部ブリーディングがなく、その微細構造は、良好かつ均一であった。内部のブリーディングおよび内部の水路ネットワークは、参照試料と、セルロースパルプを含むコンクリート混合物とに関するコンクリートの気密性および耐久性を減少させた。 The microstructure was also investigated by UV light. The cross-sectional optical survey results are shown in FIG. It can be seen that there was a large amount of internal bleeding in the reference sample that was clearly off-standard (FIG. 8A). Internal bleeding formed a channel network inside the concrete. There was also some internal bleeding in the concrete mixture containing cellulose pulp (FIG. 8B), while internal bleeding in the mixture containing micronized cellulose pulp (FIG. 8C) or microfibrillated cellulose (FIG. 8D). The microstructure was good and uniform. The internal bleeding and internal channel network reduced the tightness and durability of the concrete with respect to the reference sample and the concrete mixture containing cellulose pulp.
圧縮強度および曲げ強度の測定は、これらの試験のいかなる組み合わせにおいてもセルロースの強度にほとんど影響はないことを示した。 Measurements of compressive strength and flexural strength showed that any combination of these tests had little effect on the strength of the cellulose.
工業グレードのミクロフィブリル化セルロースおよびMFC−L1を用いた、注入グラウトの水のブリーディングおよび粘度の調査
方法
混合
注入グラウトの混合は、高速混合機(Desoi AKM−70 D)により実施された。セメント、水およびセルロースの混合は、常時5000rpmで実施された。まず、水が添加され、それに続いて、短い予混合時間(5秒より少ない)に亘ってセルロースが添加され、それからセメントが添加された。セメントとの混合時間は2分であった。場合によっては、2分間5000rpmまたは10000rpmでセルロースの予混合(または分散)があった。
Method of investigating water bleeding and viscosity of injected grout using technical grade microfibrillated cellulose and MFC-L1 Mixing of the injected grout was performed with a high speed mixer (Desoi AKM-70 D). The mixing of cement, water and cellulose was always performed at 5000 rpm. First, water was added, followed by cellulose over a short premix time (less than 5 seconds), followed by cement. The mixing time with cement was 2 minutes. In some cases, there was a premixing (or dispersion) of cellulose at 5000 rpm or 10,000 rpm for 2 minutes.
フレッシュ注入グラウトの試験方法
目盛付き測定用グラス(体積1000mlおよび直径60mm)内に、1(1)リットルのグラウトを注入することにより、および2時間までブリーディング水量(bleed water amount)を測定することにより、水のブリーディングが測定された。
Test method for fresh injection grout: By injecting 1 (1) liter of grout into a graduated measuring glass (volume 1000 ml and diameter 60 mm) and measuring the bleed water amount up to 2 hours Water bleeding was measured.
マーシュ粘度(Marsh viscosity)は、マーシュファンネル(Marsh funnel)を用いて、[EN 14117]に従って測定された。 Marsh viscosity was measured according to [EN 14117] using a Marsh funnel.
試験の設定および結果
参照用注入グラウト混合物と、工業グレードのミクロフィブリル化セルロース(工業用MFC)を含む混合物と、の組成および試験結果が、表5と図9〜11に示される。
不安定なセルロースパルプから得られたミクロフィブリル化セルロースファイバー(MFC−L1)を含む注入グラウト混合物の組成は、表6と図12〜14に示される。3つの混合物(混合物2、3および4)のため、2分間5000rpmまたは10000rpmでセルロースの予混合(または分散)があった。 The composition of the injected grout mixture containing microfibrillated cellulose fibers (MFC-L1) obtained from unstable cellulose pulp is shown in Table 6 and Figures 12-14. For the three mixtures (mixtures 2, 3 and 4), there was a premixing (or dispersion) of the cellulose at 5000 rpm or 10,000 rpm for 2 minutes.
表6に示される混合物は、以下のように、水のみと、混合および予混合された:
参照試料:第1の水+セメント+混合(5000rpm、2分)
混合物1:参照物(w/c=1.00)−水とセメントが、1分間5000rpmで混合された。セルロースは混合物に添加され、混合は2分間5000rpmで実施された。
混合物2:セメントの0.100%の乾燥したセルロース−セルロースと水が、2分間5000rpmで混合された。セメントは混合物に添加され、混合は2分間5000rpmで実施された。
混合物3:セメントの0.05%の乾燥したセルロース−セルロースと水が、2分間10000rpmで混合された。セメントが混合物に添加され、混合は2分間5000rpmで実施された。
混合物4:セメントの0.05%の乾燥したセルロース−セルロースと水が、2分間5000rpmで混合された。セメントは混合物に添加され、混合は2分間5000rpmで実施された。
Reference sample: 1st water + cement + mixing (5000 rpm, 2 minutes)
Mixture 1: Reference (w / c = 1.00)-Water and cement were mixed for 1 minute at 5000 rpm. Cellulose was added to the mixture and mixing was carried out at 5000 rpm for 2 minutes.
Mixture 2: 0.100% of the cement dry cellulose-cellulose and water were mixed for 2 minutes at 5000 rpm. Cement was added to the mixture and mixing was performed for 2 minutes at 5000 rpm.
Mixture 3: Cement 0.05% dry cellulose-cellulose and water were mixed for 2 minutes at 10,000 rpm. Cement was added to the mixture and mixing was performed at 5000 rpm for 2 minutes.
Mixture 4: Cement 0.05% dry cellulose-cellulose and water were mixed for 2 minutes at 5000 rpm. Cement was added to the mixture and mixing was performed for 2 minutes at 5000 rpm.
実験結果は、ミクロフィブリル化セルロースファイバーが、注入グラウトの水のブリーディングを減少させ、粘度を増加させることを示した。マーシュ粘度の相対的な増加は、ブリーディングの相対的な減少よりも小さかった。例えば、w/cが1.00である場合に、セメントの0.263%の(工業用MFC)において17%対50%で、例えば、w/cが1.00である場合に、セメントの0.05%の(MFC−L1)において20%対63%。 Experimental results showed that the microfibrillated cellulose fibers reduced the water bleeding of the injected grout and increased the viscosity. The relative increase in Marsh viscosity was less than the relative decrease in bleeding. For example, when w / c is 1.00, 17% vs 50% at 0.263% (industrial MFC) of cement, for example, when w / c is 1.00 20% vs. 63% at 0.05% (MFC-L1).
水のブリーディング試験は、ミクロフィブリル化セルロースファイバーが、w/c1.00のグラウトの水のブリーディングを、より低いw/cの参照混合物のレベルにまで減少させることを示した。例えば、w/cが1.00の混合物において、乾燥したセメントの0.34重量%のセルロースファイバー(工業用MFC)は、w/cが0.75の参照混合物と同様の少ない水のブリーディングを得た。 Water bleeding tests showed that microfibrillated cellulose fibers reduced w / c 1.00 grout water bleeding to lower w / c reference mixture levels. For example, in a mixture with a w / c of 1.00, 0.34% by weight of dry cement cellulose fiber (industrial MFC) has less water bleeding than a reference mixture with a w / c of 0.75. Obtained.
マーシュ粘度試験に基づくと、ミクロフィブリル化セルロースファイバーは、w/c1.00のグラウトの粘度を、より低いw/cの参照混合物のレベルにまで増加させたということを結論付けることができる。マーシュ粘度の増加は、セルロースファイバーの添加量に依存する。添加量がそれほど多くない場合、粘度の増加は小さい。 Based on the Marsh viscosity test, it can be concluded that the microfibrillated cellulose fiber increased the w / c 1.00 grout viscosity to a lower w / c reference mixture level. The increase in Marsh viscosity depends on the amount of cellulose fiber added. When the amount added is not so large, the increase in viscosity is small.
グラウトの作製中における不安定なパルプからのミクロフィブリル化セルロースの作製
ミクロフィブリル化セルロース添加剤は、一般的に産業で用いられる機械を用いて、乾燥していない(またはウェットな状態の、wet)セメント配合物の作製中に不安定なセルロースパルプから作製できる。例えば、Desoi AKM−70Dのような高速混合機は、一般的に注入グラウトを均一にするように用いられる。本実施例は、この種の混合機が、不安定なパルプを高度に効果的な添加剤にフィブリル化するのにどのように用いられ得るかを示す。
Preparation of microfibrillated cellulose from unstable pulp during the preparation of grout Microfibrillated cellulose additives are not dried (or wet, using commonly used machinery in industry) It can be made from unstable cellulose pulp during the preparation of cement formulations. For example, high speed mixers such as Desoi AKM-70D are commonly used to make the injection grout uniform. This example shows how this type of mixer can be used to fibrillate unstable pulp into a highly effective additive.
試験の設定と結果
化学的に改質された不安定なセルロースパルプ、すなわち、MFC−L1を製造するために用いられた同一のパルプ、を有する、予分散無しの場合および予分散有りの場合における注入グラウト混合物の組成および試験結果が、表7、図15および図16に示される。セルロースパルプを全く含まない参照物もまた含まれる。
Test set-up and results with chemically modified unstable cellulose pulp, i.e. the same pulp used to produce MFC-L1, with no pre-dispersion and with pre-dispersion The composition of the injected grout mixture and the test results are shown in Table 7, FIG. 15 and FIG. References that do not contain any cellulose pulp are also included.
予分散する際、乾燥した材料(乾燥した不安定なセルロースパルプ)の含有量は、水の1%であった。予分散は、高速混合機(Desoi AKM−70D)により10000rpmで実施された。乾燥した材料の含有量が1%である、得られた予分散されたセルロースパルプは、注入グラウトの作製に用いられた。 When predispersed, the content of dried material (dried unstable cellulose pulp) was 1% of water. Pre-dispersion was performed at 10,000 rpm with a high speed mixer (Desoi AKM-70D). The resulting pre-dispersed cellulose pulp with a dry material content of 1% was used to make the poured grout.
セメント、水およびセルロースの混合(予混合された、または予混合されない)は、5000rpmで実施された。まず、水が添加され、それに続いて、短い予混合時間(5秒より少ない)に亘ってセルロースが添加され、それからセメントが添加された。セメントとの混合時間は2分であった。 Mixing of cement, water and cellulose (premixed or not premixed) was performed at 5000 rpm. First, water was added, followed by cellulose over a short premix time (less than 5 seconds), followed by cement. The mixing time with cement was 2 minutes.
実験結果は、予分散された化学的に改質された不安定なセルロースパルプが、注入グラウトの水のブリーディングを減少させ、マーシュ粘度を向上させることを示した。予分散無しでは、水のブリーディングは減少せず、マーシュ粘度は増加しなかった。 Experimental results have shown that pre-dispersed chemically modified unstable cellulose pulp reduces the bleeding of injected grout water and improves Marsh viscosity. Without predispersion, water bleeding did not decrease and Marsh viscosity did not increase.
水のブリーディング試験は、予分散された化学的に改質された不安定なセルロースパルプが、w/c1.00のグラウトの水のブリーディングを65%減少させることを示した。 Water bleeding tests showed that a pre-dispersed chemically modified unstable cellulose pulp reduced w / c 1.00 grout water bleeding by 65%.
マーシュ粘度試験に基づくと、予分散された化学的に改質された不安定なセルロースパルプは、w/c1.00のグラウトの粘度を19%増加させるということを結論付けることができる。
Claims (23)
ミクロフィブリル化セルロース;および/または、
その誘導体;および/または、
前記混和剤の使用中にミクロフィブリル化セルロースを形成する、化学的に改質された不安定なセルロースパルプまたはセルロース原料;および、
必要に応じて水、
を含むことを特徴とするセメント混和剤。 A cement admixture,
Microfibrillated cellulose; and / or
Derivatives thereof; and / or
A chemically modified unstable cellulose pulp or cellulose raw material that forms microfibrillated cellulose during use of the admixture; and
Water as needed,
A cement admixture characterized by containing.
・ミクロフィブリル化セルロースおよび/またはその誘導体を準備する工程と、
・前記ミクロフィブリル化セルロースおよび/またはその誘導体、および必要に応じて水を一緒に混合する工程と、
・ミクロフィブリル化セルロースを準備する工程の前、間または後に少なくとも1つの可塑剤および/または分散剤を添加して前記混和剤を得る工程と、
を含むことを特徴とする、セメント混和剤の製造方法。 A method for producing a cement admixture according to any one of claims 1 to 7,
Providing a microfibrillated cellulose and / or derivative thereof;
Mixing the microfibrillated cellulose and / or derivative thereof, and optionally water together,
Adding at least one plasticizer and / or dispersant to obtain said admixture before, during or after the step of preparing the microfibrillated cellulose;
A method for producing a cement admixture, comprising:
・必要に応じて、少なくとも1つの可塑剤および/または分散剤を添加する工程と、
を含むことを特徴とする、請求項14〜18のいずれか1項に記載されたセメント組成物の製造方法。 A step of integrally mixing a cement binder, an aggregate material, water, and the admixture defined in any one of claims 1 to 7;
Adding at least one plasticizer and / or dispersant, if necessary;
The method for producing a cement composition according to any one of claims 14 to 18, characterized by comprising:
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